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SIKA® CARBODUR® CALCULATION SOFTWARE PROJET: ÉLÉMENT: INDEX
1.‐ CRITÈRE ET RÈGLES DE CALCUL.................................................................................................................................... 3
2.‐ HYPOTHÈSES DE CALCUL............................................................................................................................................. 3 2.1.‐ Définition de la poutre.................................................................................................................................. 3 2.2.‐ Géométrie..................................................................................................................................................... 3 2.3.‐ Béton............................................................................................................................................................ 4 2.4.‐ Armatures en acier........................................................................................................................................ 4 2.5.‐ Coefficients partiels de sécurité..................................................................................................................... 4 2.6.‐ Coefficients de pondération des charges....................................................................................................... 5
3.‐ RÉSISTANCE DU PRFC.................................................................................................................................................. 5 3.1.‐ Renfort PRFC principal................................................................................................................................... 5
4.‐ COMBINAISONS DE CHARGES ATTENDUES................................................................................................................. 5 4.1.‐ Charges appliquées sur la poutre................................................................................................................... 5
5.‐ RÉSULTATS................................................................................................................................................................. 7 5.1.‐ Résumé des résultats..................................................................................................................................... 7 5.2.‐ Etats Limites Ultime....................................................................................................................................... 7 5.3.‐ Etats limite de service.................................................................................................................................... 11 5.4.‐ Rupture par séparation du PRFC et ancrage de calcul.................................................................................... 12 5.5.‐ Disposition des composites PRFC................................................................................................................... 12
6.‐ SPÉCIFICATION DU PRODUIT....................................................................................................................................... 13 6.1.‐ Tissus SikaWrap® collés................................................................................................................................. 13 6.1.1.‐ Préparation de la surface du béton......................................................................................................... 14 6.1.2.‐ Tissus SikaWrap®..................................................................................................................................... 14 6.1.3.‐ Résine époxy............................................................................................................................................ 14 Sika Services AG
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INDEX 6.1.4.‐ Procédure d'application........................................................................................................................... 15
7.‐ CLAUSE DE NON‐RESPONSABILITÉ.............................................................................................................................. 16
8.‐ À PROPOS DE SIKA® CARBODUR® LOGICIEL DE CALCUL............................................................................................... 16
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1.‐ CRITÈRE ET RÈGLES DE CALCUL
Renforcement PRFC en flexion de la poutre Concrete Society Technical Report No. 55 (TR 55): design guidance for strengthening concrete structures using fibre composite materials, Third Edition 2012. EN 1992‐1‐1. Eurocode 2: Calcul des structures en béton armé ‐ Partie 1‐1: Règles générales et règles pour les bâtiments Pays: Tunisia 2.‐ HYPOTHÈSES DE CALCUL 2.1.‐ Définition de la poutre
3.00
A
B
IL
15 kN/m 0 kN/m
DL
LL
4 x 10 mm
3.00
A
B
4 x 10 mm
2.2.‐ Géométrie
Section transversale = Rectangulaire
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Largeur = 1000 mm
250
Hauteur = 250 mm
1000
2.3.‐ Béton
Résistance en compression du béton Résistance du béton (fck) = 10 MPa Eprouvette cylindrique
= 10 MPa
Eprouvette cubique
= 13 MPa
2.4.‐ Armatures en acier
Couches de renforcement Couche supérieure
d1 mm
Acier fyk (MPa)
Es (MPa)
Numéro x Ø (mm)
1.
30
(B400) 400
200000
4 x 10.0
Couche inférieure
d1 mm
Acier fyk (MPa)
Es (MPa)
Numéro x Ø (mm)
1.
30
(B400) 400
200000
4 x 10.0
2.5.‐ Coefficients partiels de sécurité
Défini par (Eurocode) Béton c (Fondamental) = 1.50 c (Accidentel) = 1.20 c (Feu) = 1.00 cc = 1.00
Acier s (Fondamental) = 1.15 s (Accidentel) = 1.00 s (Feu) = 1.00
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2.6.‐ Coefficients de pondération des charges
Combinaisons Eurocode par défaut Charges permanentes Charges d'exploitation Charges attendues
1.35
1.50
Rupture du renfort PRFC
1.00
0.50
Situation d'incendie
1.00
0.30
ELS, caractéristique
1.00
1.00
Catégorie B : bureaux 1 = 0.5 2 = 0.3 3.‐ RÉSISTANCE DU PRFC 3.1.‐ Renfort PRFC principal
Simplement collé. SikaWrap® C SikaWrap® 230C ‐ 30cm Type de fibre Couche: 1
Carbone
Coefficients partiels de sécurité FRP,E: 1.10, FRP,m: 1.05, FRP,: 1.25, A: 4.00
4.‐ COMBINAISONS DE CHARGES ATTENDUES 4.1.‐ Charges appliquées sur la poutre
Charges initiales
Md (Charges initiales) = 0.00 kN∙m MRd (Non renforcé) = 23.35 kN∙m
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fk
Efk (MPa)
tf Largeur Numéro (mm) (mm)
0.0145 220000.00 0.129
1
300.00
Rupture du renfort PRFC
Md (Rupture du renfort PRFC) = 22.50 kN∙m MRd (Non renforcé) = 27.01 kN∙m
Charges attendues
Md (Charges attendues) = 30.38 kN∙m MRd (Non renforcé) = 23.35 kN∙m
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Situation d'incendie
Md (Situation d'incendie) = 22.50 kN∙m MRd (Non renforcé) = 27.39 kN∙m
5.‐ RÉSULTATS 5.1.‐ Résumé des résultats
Charges attendues à l'ELU chargement SEd = 1.35 ∙ SG + 1.50 ∙ SQ
MRd MEd (NEd = NRd)
MEd (kN∙m) MRd (kN∙m) 30.38
35.99
Section renforcée 35.99 kN∙m 30.38 kN∙m
Rupture des armatures à l'ELU chargement SEd = 1.00 ∙ SG + 0.50 ∙ SQ
MRd MEd (NEd = NRd)
MEd (kN∙m) MRd (kN∙m) 22.50
27.01
Section non renforcée 27.01 kN∙m 22.50 kN∙m
Etats limite de service chargement
Contraintes de service
SEd = 1.00 ∙ SG + 1.00 ∙ SQ
s 0.8∙fyk
306.27 MPa 320.00 MPa
Résistance au feu (t chargement SEd = 1.00 ∙ SG + 0.30 ∙ SQ
MRd MEd (NEd = NRd)
MEd (kN∙m) MRd (kN∙m) 22.50
27.39
Section non renforcée 27.39 kN∙m 22.50 kN∙m
5.2.‐ Etats Limites Ultime
Lorsque la section transversale est analysée pour déterminer sa résistance au moment ultime, les hypothèses suivantes devraient être faites: La distribution des déformations dans le béton en compression et les déformations dans les armatures, que ce soit en traction ou compression, proviennent de l'hypothèse que les sections restent planes et qu'aucun glissement longitudinal ne se produit entre ou à l'intérieur des éléments de la section. Sika Services AG
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Les contraintes dans le béton en compression proviennent de la courbe contrainte‐déformation dans le paragraphe 3.1.7 de la norme EN 1992‐1‐1. n c fcd 1 1 c for 0 c c2 c2
c fcd
for c2 c cu2
avec fcd cc
fck c
fcd (MPa) 6.7
c2
cu2
n
0.0020 0.0035 2
La résistance en traction du béton est négligée. Les contraintes dans les armatures internes proviennent des courbes de contrainte‐déformation dans le paragraphe 3.2 de la norme EN 1992‐1‐1.
Les déformations de la section transversale devrait tenir compte des déformations dans la structure existante au moment de la mise en place des renforts PRFC. Sika Services AG
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Les contraintes dans le renfort PRFC proviennent de l'hypothèse que le PRFCa une déformation linéaire élastique caractéristique jusqu'à rupture. Equilibre de la section. Charges initiales Mi = 0.00 kN∙m
εmax
σmax
εmin
max = 0.00 ‰
Déformation minimale et maximale
min = 0.00 ‰
Contrainte maximale dans le béton
fc = 0.00 MPa
Contrainte et déformation des armatures Ref.
Coord. Y (mm) f (MPa) ε (‰)
No. 10
95
0.00
0.00
No. 10
‐95
0.00
0.00
Rupture du renfort PRFC. Combinaison de charges minimum reprise par l'élément non renforcé.. SEd = 1.00 ∙ SG + 0.50 ∙ SQ MRd MEd 27.01 kN∙m 22.50 kN∙m MRd : 27.01 kN∙m
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x
εmin
εmax
ε = 0.0 ‰ ε = 2.0 ‰ ε = 3.5 ‰
max = 2.58 ‰
Déformation minimale et maximale
σmax
min = ‐22.97 ‰
Contrainte maximale dans le béton
fc = 8.33 MPa
Profondeur de la fibre neutre
x = 25.26 mm
Contrainte et déformation des armatures Ref.
Coord. Y (mm) f (MPa) ε (‰)
No. 10
95
‐400.00 ‐19.90
No. 10
‐95
‐96.92
‐0.48
Section renforcée et charges attendues. SEd = 1.35 ∙ SG + 1.50 ∙ SQ MRd MEd
35.99 kN∙m 30.38 kN∙m MRd : 35.99 kN∙m
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x
εmin
εmax
σmax
max = 1.48 ‰
Déformation minimale et maximale
min = ‐7.96 ‰
Contrainte maximale dans le béton
fc = 6.22 MPa
Profondeur de la fibre neutre
x = 39.25 mm
ε = 0.0 ‰ ε = 2.0 ‰
Contrainte et déformation des armatures Ref.
Coord. Y (mm)
f (MPa)
ε (‰)
No. 10
95
‐347.83
‐6.82
No. 10
‐95
69.85
0.35
FRP
125
‐1516.19 ‐7.96
Situation d'incendie. Section non renforcée. SEd = 1.00 ∙ SG + 0.30 ∙ SQ MRd MEd
27.39 kN∙m 22.50 kN∙m MRd : 27.39 kN∙m
La résistance de l'élément non renforcé est suffisante pour reprendre la combinaison de charges en situation d'incendie. Par conséquent, le renfort PRFC n'est pas nécessaire en situation d'incendie et et n'a pas besoin d'être protégé. Si une classe de résistance au feu est requise, le bureau d'études doit évaluer la nécessité d'une protection pour l'élément en béton armé selon les codes de calcul. 5.3.‐ Etats limite de service
Les contraintes à l'ELS dans les armatures à la combinaison d'actions caractéristiques ne devrait pas excéder les limites de calcul de l'Eurocode 2, partie 1‐1. Equilibre de la section. Combinaison de charges caractéristiques à l'ELS SEd = 1.00 ∙ SG + 1.00 ∙ SQ Sika Services AG
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εmin
x
ε = 0.0 ‰ εmax
σmax
max = 0.61 ‰
Déformation minimale et maximale
min = ‐1.82 ‰
Contrainte maximale dans le béton
fc = 2.83 MPa
Profondeur de la fibre neutre
x = 62.93 mm
Contrainte et déformation des armatures Ref.
Coord. Y (mm) f (MPa) ε (‰)
No. 10
95
No. 10
‐95
FRP
125
‐306.27 ‐1.53 64.20
0.32
‐401.38 ‐1.82
Dans le cas d'importantes charges d'exploitation roulantes durant le durcissement de l'adhésif, la résistance réduite de l'adhésif ne peut pas être déterminée selon les données indiquées dans le TR55, 6.9.4, considérant que les charges agissantes au cours de cette période correspondent à une combinaison de charges quasi‐permanente. fe,séchage = 0.001824 > 0.000200 5.4.‐ Rupture par séparation du PRFC et ancrage de calcul Séparation du PRFC dû aux fissures de cisaillement
VEd VRd,crack
25.47 kN 66.48 kN
x = 0.25 m
Contrainte longitudinale de cisaillement dans la zone élastique
t lim,y
2.47 MPa 2.92 MPa
x = [0.00, 0.02] m
Déformation dans le PRFC
mt fd
0.00622 0.01105
x = 0.00 m
Contrainte de cisaillement longitudinale proche des extrémités du PRFC
lim,c
0.06 MPa 0.52 MPa
x = [0.19, 0.20] m
Ancrage
Td Tk
14.07 kN 24.25 kN
x = 0.25 m
5.5.‐ Disposition des composites PRFC
Les résultats précedents correspondent au profli des PRFC ci‐dessous: Renfort PRFC principal: 1 (SikaWrap® 230C ‐ 30cm) Sika Services AG
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2.25
A
B
6.‐ SPÉCIFICATION DU PRODUIT 6.1.‐ Tissus SikaWrap® collés
Le renforcement devra être fait en utilisant un tissu de carbone unidirectionnel, imprégné et collé en surface de la structure à l'aide de la résine époxy Sikadur®‐330 Le matériau doit être une lamelle PRFC unidirectionnelle, pultrudée et avoir une densité de fibre >68% Les fibres doivent être alignées et ne pas subir de torsion. Le matériau doit avoir un suivi à long terme (>25 ans) pour le renforcement de structure. Le tissu de fibre devra être unidirectionnel à base de fibres de carbone. L'installation de plusieurs couches sera possible. Le matériau devra avoir une longue expérience en matière de renforcement structural.
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Les valeurs mesurées des propriétés mécaniques des composites sevront être fournies, séries de test minimum de 20 échantillons. 6.1.1.‐ Préparation de la surface du béton
Toutes les parties non adhérentes doivent être supprimées et le béton dégradé doit être réparé comme décrit ci‐desssous. Les gros trous et les cavités doivent être comblés avec un mortier de réparation adapté. Les produits de réparation doivent être complétement compatible avec l'adhésif structural. La résistance en traction du béton de surface doit être vérifiée avec au moins essais de traction directe. Le béton doit être agé d'au moins 28 jours. La laitance de surface du support doit être enlevée et une surface rugueuse doit être créée. La surface du support devra être nettoyée afin d'éliminer toute trace d'huile, de graisse et tout autre contaminants comme des particules ou des salissures. Pour l'application de tissus de fibre, les angles de la structure doivent être arrondis d'un rayon de 20 mm et tous les bords pointus doivent être supprimés. Le taux d'humidité du support doit être inférieur à 4%. 6.1.2.‐ Tissus SikaWrap®
Les matériaux doivent respecter les performances caractéristiques décrites par la suite : 6.1.2.1.‐ Propriétés du tissu SikaWrap® 230C ‐ 30cm:
Propriétés des fibres sèches: Densité de fibre
> 68%
Température de transition vitreuse.
> 100°C EN 2561/ASTM D3039 230000 N/mm² (MPa)
Module d'élasticité Résistance à la traction
EN 2561/ASTM D3039
4000 N/mm² (MPa)
Déformation à rupture
EN 2561/ASTM D3039
17 %
Propriétés du composite (relatif à l'épaisseur de fibre): Module d'élasticité EN 2561/ASTM D3039 225000 N/mm² (MPa) 6.1.3.‐ Résine époxy
L'adhésif devra être à base époxydique. L'imprégnation du support et la saturation du tissu SikaWrap® 230C ‐ 30cm sera fait à l'aide du Sikadur®‐330 6.1.3.1.‐ Propriétés de l'adhésif Sikadur®‐330
L'adhésif doit respecter la norme EN 1504‐4.
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Base chimique
Résine époxy
Densité
1,30 kg/l (à +23°C).
Viscosité (taux de cisaillement 50/S) Coefficient d'expansion thermique
+10ºC
10000 mPas
+23ºC
6000 mPas
+35ºC
5000 mPas
‐10°C à +40°C
4,5 x 10‐5 par °C
Durcissement 7 jours, +10ºC
+36ºC
7 jours, +23ºC
+47ºC
7 jours, +35ºC
+53ºC
Température de service
23ºC Durcissement
‐40°C à +45°C
Résistance à la traction
DIN EN ISO 527‐3
30 N/mm2 (7 jours à +23°C)
Résistance de collage (support sablé à refus)
DIN EN ISO 4624
Rupture du béton (> 4 N/mm²)
Stabilité thermique. HDT (ASTM D648)
Module d'élasticité (flexion)
DIN EN 1465
3800 N/mm2 (7 jours à +23°C)
Module d'élasticité en traction
DIN EN ISO 527‐3
4500 N/mm2 (7 jours à +23°C)
Elongation à rupture
DIN EN ISO 527‐3
0,9% (7 jours à +23°C)
6.1.4.‐ Procédure d'application
Le tissu devra être découpé à la longueur souhaitée avec un ciseau spécial fibre. Une première couche de résine d'imprégnation devra être appliquée sur le support à l'aide d'une truelle crantée ou d'un rouleau. Le tissu devra être positionné sur le support en appliquant une légère pression ; la résine devra traverser le tissu par imprégnation à l'aide d'une rouleau maroufleur SIka jusqu'à ce qu'il soit complétement saturé. Les couches supplémentaires devront être installée comme décrit au‐dessus, de préférence frais‐sur‐frais. Dans le cas d'une couche de finition cimentaire, la résine de surface devra être saupoudrée à refus. L'imprégnation devra toujours être effectuée dans la direction des fibres. Après l'application, le tissu mis en place devra être protégé de la pluie, du sable, de la poussière et tout autre contaminant. Si nécessaire, le procédé appliqué devra être protégé avec un revetement adéquate (les tests de compatibilité entre le revetement et le tissu devront être disponibles).
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7.‐ CLAUSE DE NON‐RESPONSABILITÉ
LE PRÉSENT LOGICIEL ET LES RÉSULTATS DÉCOULANT DE SON UTILISATION SONT UNIQUEMENT DESTINÉS À ÊTRE UTILISÉS PAR DES PROFESSIONNELS POSSÉDANT DES CONNAISSANCES APPROFONDIES DANS LE DOMAINE D'UTILISATION PRÉVU. LES UTILISATEURS SONT TENUS DE VÉRIFIER LEURS RÉSULTATS DE MANIÈRE INDÉPENDANTE AVANT TOUTE EXPLOITATION ET DE PRENDRE EN COMPTE LE SITE ET LES CONDITIONS D'APPLICATION, LA FICHE TECHNIQUE ET LA DOCUMENTATION DU PRODUIT, L'ÉTAT ACTUEL DE LA TECHNIQUE AINSI QUE LES NORMES ET RÉGLEMENTATIONS LOCALES. En ce qui concerne l'utilisation du logiciel et les résultats en découlant, SIKA NE GARANTIT PAS L'EXACTITUDE, LA FIABILITÉ, L'EXHAUSTIVITÉ, L'EXPLOITABILITÉ OU L'ADÉQUATION DES DONNÉES POUR QUELQUE USAGE QUE CE SOIT. LE LOGICIEL EST FOURNI «EN L'ÉTAT». SIKA DÉCLINE EXPRESSÉMENT TOUTE GARANTIE QUANT À L'UTILISATION DU LOGICIEL ET AUX RÉSULTATS EN DÉCOULANT. Sika ne saurait être tenu pour responsable pour quelques dommages consécutifs, punitifs, indirects, exemplaires ou spéciaux que ce soit (incluant mais ne se limitant pas à la perte d'opportunités d'affaire ou de profits) résultant de l'évaluation ou de l'utilisation du logiciel et des résultats en découlant. Les informations et, en particulier, les recommandations relatives à l'utilisation de l'application et à l'utilisation finale des produits Sika sont fournies de bonne foi en se basant sur les connaissances les plus récentes dont dispose Sika concernant les produits lorsqu'ils sont entreposés, manipulés et utilisés correctement et dans des conditions normales, conformément aux recommandations de Sika. En pratique, les différences concernant les matériaux, les substrats et les conditions de terrain réelles sont telles qu'aucune garantie concernant l'exploitabilité ou l'adéquation pour une utilisation donnée, et aucune responsabilité résultant de quelque relation légale que ce soit ne peut être déduite de cette information, de quelque recommandation écrite ou conseil que ce soit. L'utilisateur du produit doit faire l'essai de son adéquation pour son usage et son but prévus. Sika se réserve le droit de modifier les propriétés de ses produits. Les droits des tiers du propriétaire doivent être respectés. Tous les ordres sont acceptés sous réserve d'acceptation des présentes conditions de vente et de livraison. Les utilisateurs sont tenus de toujours se référer à l'édition la plus récente de la fiche technique locale du produit concerné. Des copies de ce document sont disponibles lorsque la demande en est faite. Sauf indication contraire, toutes les informations, les textes, les images, les fonctionnalités, les fonctions et les agencements contenus dans le présent logiciel sont la propriété exclusive de Sika. Toute reproduction ou distribution, intégrale ou partielle, sans accord écrit explicite de l'Entreprise est interdite. En faisant parvenir des informations à Sika, vous accordez à l'Entreprise licence, sans restriction et irrévocable, d'utiliser, de reproduire, de modifier, de distribuer et de mettre en application ces informations. Les informations relatives à l'identité personnelle ne sont utilisées par Sika qu'à des fins de traitement de votre demande d'informations ou de promotion de nos produits et services. © Copyright Sika Services AG 2016 8.‐ À PROPOS DE SIKA® CARBODUR® LOGICIEL DE CALCUL
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